DE19981314C2 - Sputtertargetmaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sputtertargetmaterial und insbesondere ein Sputtertargetmaterial, welches ein Edelmetall umfaßt.

Seit kurzem werden dünne Filme, die aus einem Edelmetall, wie etwa Ruthenium oder Iridium, hergestellt sind, häufig in einer Dünnfilmelektrode verwendet, die auf einem Halbleiter-Wafer gebildet ist.

Solch ein dünner Film wird im allgemeinen durch Sputtern hergestellt, was ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren ist. Wenn ein dünner Film durch Sputtern hergestellt wird, variieren die Eigenschaften des gebildeten dünnen Films beträchtlich mit den Eigenschaften des Sputtertargetmaterials, wie etwa Reinheit und Mikrostruktur.

Somit können die Eigenschaften, wie etwa spezifischer Widerstand, die von einer Dünnfilmelektrode in der Praxis verlangt werden, einfach durch Kontrolle der Reinheit eines Sputtertargetmaterials bestimmt werden. In diesem Zusammenhang haben herkömmlich verwendete Sputtertargetmaterialien, die durch Gießen oder Pulvermetallurgie hergestellt worden sind, einigermaßen zufriedenstellende Eigenschaften ergeben.

Beispielsweise wird in DE 197 10 903 A1 ein Sputtertarget auf Basis von GeSbTe oder AglnSbTe offenbart, wobei das Target durch ein Schmelz- und Gießverfahren hergestellt wird und ein Gussgefüge aufweist.

In JP 09-041 131 A wird ein Iridium- oder Rutheniumsputtertarget hergestellt, indem die Ausgangsmaterialien geschmolzen, in einen Metallbehälter eingelassen und warmgewalzt werden.

In JP 01-028368A werden Legierungstargets hergestellt, indem Zusammensetzungen aus Übergangsmetallen, wie Seltenerdmetallen, geschmolzen und gegossen werden.

Während einer Verwendung eines durch Gießen oder Pulvermetallurgie hergestellten Sputtertargets kann es jedoch vorkommen, daß eine winzige Clustermasse vom Sputtertarget abgebrochen wird und an der gebildeten dünnen Filmoberfläche haftet, wodurch beispielsweise eine Veränderung des elektrischen Widerstand bewirkt wird, was für die Produktqualität nachteilig ist und in einer Verringerung der Produktausbeute resultiert.

Mittlerweile wird, wenn ein Sputtertargetmaterial durch Pulvermetallurgie hergestellt wird, das Targetmaterial typischerweise unter hydrostatischem Druck durch ein HIP-Verfahren heißgeformt. Insbesondere können intergranuläre Hohlräume in dem so hergestellten Sputtertargetmaterial verbleiben und es kann Gas in den Hohlräumen eingeschlossen sein. Sobald das eingeschlossene Gas freigesetzt wird, beeinflußt das Gas die Stabilität des Vakuums, das während eines Sputterns benötigt wird und kann die Filmeigenschaften verschlechtern.

Zusätzlich expandiert das im Sputtertargetmaterial verbleibende Gas unter Wärme, wenn solch ein Sputtertargetmaterial mit gaseinschließenden Hohlräumen während eines Sputterns erwärmt wird, wodurch möglicherweise eine Beschädigung des Sputtertargets per se, etwa in Form von Luftblasen, bewirkt wird.

Um die zuvor erwähnten im Stand der Technik auftretenden Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochreines Edelmetall-Sputtertargetmaterial bereitzustellen, welches ein Abbrechen einer winzigen Clustermasse verhindert; hervorragende Filmeigenschaften liefert; und beträchtlich verringerte interne Defekte aufweist.

Die Erfinder haben postuliert, daß die kristallographische Mikrostruktur, die ein Sputtertargetmaterial besitzt, sorgfältig berücksichtigt werden muß, um ein Abbrechen einer winzigen Clustermasse zu verhindern, was eines der herkömmlichen Probleme ist, um dadurch die Erfindung zu erzielen. Folglich ist es bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung sehr wichtig, über den Mechanismus eines Abbrechens einer winzigen Clustermasse von einem herkömmlichen Sputtertargetmaterial, welches durch Gießen oder Pulvermetallurgie hergestellt ist, nachgedacht zu haben.

Entsprechend wird zunächst eine Beschreibung des Verständnisses der Erfinder von bei einem herkömmlichen Sputtertargetmaterial auftretenden Problemen gegeben. Dann wird eine Lösung der Probleme durch Verwendung des Sputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung auf Grundlage des Verständnisses erklärt. Das Sputtertargetmaterial der vorliegenden Erfindung wird so hierin im folgenden beschrieben werden.

Es ist sehr klar, daß ein herkömmliches Sputtertargetmaterial, welches durch Gießen oder Pulvermetallurgie hergestellt ist, unzählige Kristalle eines Metallbestandteils umfaßt. Fig. 2 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer kristallographischen Mikrostruktur eines Sputtertargetmaterials, welches durch Gießen hergestellt ist.

In der Sputteroberfläche eines Sputtertargetmaterials, das eine kristallographische Mikrostruktur wie in Fig. 2 gezeigt aufweist, sind verschiedene Kristallflächen von verschiedenen Kristallorientierungen statistisch verteilt. Kurz die Sputteroberfläche nimmt einen polykristallinen Zustand an. Dieser Zustand wird durch die Tatsache gegründet, daß eine Analyse des Röntgenstrahlbeugungsspektrums des Sputtertargetmaterials (100), (002), (110) und (112)-Flächen in Anteilen ergibt, die in etwa die gleichen sind als solche, die in einem Röntgenstrahlbeugungsspektrum einer Standardprobe erhalten werden.

Wenn ein Sputtern unter Verwendung des Sputtertargetmaterials ausgeführt wird, das eine polykristalline Sputteroberfläche aufweist, und von Sputterionen, wie etwa Sauerstoffionen, Stickstoffionen und Argonionen, variiert die Sputtergeschwindigkeit abhängig von der Art der Sputterionen und der Kristallflächenorientierung eines Kristalls, welcher an der Oberfläche entwickelt ist. In anderen Worten, in einem herkömmlichen Sputtertargetmaterial, welches eine Sputteroberfläche aufweist, worin verschiedene Kristallflächen entwickelt sind, zeigen verschiedene Kristallflächen verschiedene spezifische Sputtergeschwindigkeiten, was die Existenz einer bevorzugten Sputteroberfläche rechtfertigt, und Kristalle mit einer hohen Sputtergeschwindigkeit und solche mit einer geringen Sputtergeschwindigkeit sind nebeneinander vorhanden.

Auf einem mikroskopischen Niveau werden, wenn das Sputtern voranschreitet, Kristallkörner, die eine Kristallfläche entwickeln, die leicht gesputtert wird, stark angegriffen, wohingegen solche, die eine Kristallfläche entwickeln, die nicht leicht gesputtert wird, langsam angegriffen werden, wodurch Vertiefungen mit verschiedener Tiefe in der Oberfläche des Targetmaterials gebildet werden, was die Oberfläche rauh macht. Das Phänomen eines Anrauhens der Oberfläche eines Sputtertargetmaterials wird bei ansteigender Sputterrate deutlicher, auch wenn die Tendenz von den verwendeten Sputterionenarten abhängt. Entsprechend ist das Phänomen insbesondere bemerkbar, wenn Argon, welches in der Industrie aufgrund seiner hohen Sputtergeschwindigkeit häufig verwendet wird, verwendet wird.

Wenn ein Sputtern weiter fortgesetzt wird, wird die Oberfläche des Sputtertargetmaterials durch Implantation von Sputterionen durch Verformung verfestigt. Somit werden Kristallkörner, die durch Korrosion während eines Sputtern ausgedünnt werden, entlang einer Kristallkorngrenze, die durch Verformungsverfestigung brüchig gemacht worden ist, entfernt und fallen von der Oberfläche des Sputtertargetmaterials ab zu der Oberfläche eines gebildeten dünnen Films. Deshalb kann die zuvor erwähnte winzige Clustermasse als Kristallkörner per se angesehen werden, die von dem Targetmaterial entfernt werden und davon abfallen.

Insbesondere während eines Dachsputterns; d. h. eines Sputterns unter Verwendung eines überhalb eines Substrats, auf dem ein dünner Film gebildet wird, angeordneten Sputtertargets, haften Kristallkörner durch Entfernen und Wegfallen der Körner leichter an einem Substrat. Deshalb ist eine Beständigkeit gegenüber einem Abbrechen einer winzigen Clustermasse von einem Sputtertargetmaterial ein kritisches Qualitätserfordernis eines Sputtertargetmaterials.

Um die zuvor erwähnten Probleme, die bei einem herkömmlichen Sputtertargetmaterial, das durch Gießen oder Pulvermetallurgie hergestellt wird, auftreten, zu lösen, haben die Erfinder überlegt, daß die Probleme gelöst werden, indem die kristallographische Mikrostruktur des Edelmetall-Sputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung zu einer säulenförmigen Mikrostruktur gestaltet wird. Insbesondere ist das Edelmetall-Sputtertargetmaterial der vorliegenden Erfindung eines, welches eine säulenförmige kristallographische Mikrostruktur aufweist, in der Kristalle in einer zur Sputteroberfläche senkrechten Richtung gewachsen sind.

Ein Sputtertargetmaterial mit einer säulenförmigen Mikrostruktur, in der Kristalle in einer zur Sputteroberfläche senkrechten Richtung gewachsen sind, weist eine derartige kristallographische Mikrostruktur auf, daß sich Kristalle kontinuierlich in der Dickerichtung erstrecken. Die Mikrostruktur ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Deshalb treten dort selten Probleme auf, die mit einem herkömmlichen Sputtertargetmaterial verbunden sind; d. h. Abbrechen von winzigen Kristallkörnern aus einem Sputtertargetmaterial mit einer derartigen kristallographischen Mikrostruktur, daß sich die Kristalle nicht kontinuierlich in der Dickerichtung erstrecken, wie in Fig. 2 gezeigt.

Die säulenförmige Mikrostruktur kann als eine Mikrostruktur angesehen werden, in der Kristalle während des Kristallwachstums in einer bevorzugten Orientierung gezüchtet wurden. Entsprechend kann dadurch, daß die kristallographische Mikrostruktur eines Materials eingestellt wird, um eine säulenförmige Mikrostruktur zu sein, ein bestimmtes Ausmaß einer Vorzugsrichtung in der Kristallorientierung den das Material bildenden Kristallen verliehen werden. Durch die Anordnung wird die Kristallorientierung eines Sputtertargetmaterials ausgerichtet, wodurch ein lokaler Verlust auf mikroskopischem Niveau des Sputtertargetmaterials soviel wie möglich abgeschwächt wird.

Wie oben beschrieben ist das Edelmetall-Sputtertargetmaterial der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial eine derartige kristallographische Mikrostruktur aufweist, daß säulenförmige Kristalle in einer zur Sputteroberfläche senkrechten Richtung gewachsen sind. Somit kann das Sputtertargetmaterial als Ausgangsmaterial für einen dünnen Edelmetallfilm dienen, der hervorragende Eigenschaften aufweist, ohne daß eine winzige Clustermasse gebildet wird.

Inzwischen ist bekannt, daß einige Sputtertargetmaterialien, die aus einem Metall, wie etwa Titan hergestellt sind, säulenförmige Kristalle umfassen, wie es das Sputtertargetmaterial der vorliegenden Erfindung tut. Beispielsweise werden säulenförmige Kristalle in einem Sputtertargetmaterial gebildet, das aus einem Metall, wie etwa Titan gemacht ist, indem der Wärmestrom während eines Verfestigungsschritts nach dem Schmelzen in eine Richtung reguliert wird (unidirektionale Verfestigung).

Es wurde jedoch keine Forschung zur Herstellung eines Edelmetall- Sputtertargetmaterials umfassend säulenförmige Materialien durchgeführt und ein solches Edelmetall-Sputtertargetmaterial wurde niemals berichtet.

Der Grund dafür besteht darin, daß ein Edelmetall ein Material mit hohem Schmelzpunkt ist und über Gießen schwierig herzustellen ist, wie oben beschrieben. In der Praxis ist es unmöglich, säulenförmige Kristalle in einer kristallographischen Mikrostruktur eines solchen Materials mit hohem Schmelzpunkt durch die zuvor erwähnte unidirektionale Verfestigung zu liefern. Deshalb ist eine Bereitstellung von säulenförmigen Kristallen in einer kristallographischen Mikrostruktur eines Edelmetall-Sputtertargetmaterials aus dem Stand der Technik nicht entnehmbar.

Unter solchen Umständen haben die Erfinder weitere Untersuchungen durchgeführt, um ein Edelmetall-Targetmaterial zu erhalten, welches säulenförmige Kristalle umfaßt, und haben ein Sputtertargetmaterial gefunden, das eine kristallographische Mikrostruktur umfassend säulenförmige Kristalle aufweist, die elektrolytisch aus einer ein Edelmetallsalz enthaltenden Lösung abgeschieden werden.

Die säulenförmigen Kristalle können elektrolytisch bei einer relativ geringen Temperatur aus einer Lösung, die ein Edelmetallsalz enthält, abgeschieden werden, auch wenn die Abscheidungsgeschwindigkeit relativ langsam ist. Folglich zeichnet sich das obige elektrolytische Verfahren zur Herstellung eines Targetmaterials durch eine einfachere Kontrolle der Herstellungsschritte und eine herausragendere Produktseffizienz als ein herkömmliches Gießverfahren aus. Zusätzlich ist das so hergestellte Targetmaterial vorteilhafterweise billig im Vergleich mit einem herkömmlichen Edelmetall-Targetmaterial.

Da elektrolytisch abgeschiedene säulenförmige Kristalle durch eine selektive Abscheidung unter Verwendung einer Differenz im Abscheidungspotential hergestellt werden, was eine Eigenschaft einer Elektrolysetechnik ist, enthält der säulenförmige Kristall mit hoher Reinheit geringe Anteile an Verunreinigungen. Entsprechend ist das Targetmaterial der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Material hoher Reinheit sehr wenige interne Defekte enthält.

Zusätzlich wurde in den letzten Jahren gefordert, daß der Durchmesser eines Targetmaterials ansteigt, um die Produktivität von Dünnfilmvorrichtungen zu erhöhen. Das Targetmaterial der vorliegenden Erfindung kann auch die Forderung nach einer Erhöhung des Durchmessers eines Targetmaterials vergleichsweise einfach erfüllen, indem Bedingungen zur Elektrolyse und Abscheidung zur Herstellung von säulenförmigen Kristallen entsprechend modifiziert werden. Folglich kann ein Targetmaterial hergestellt werden, das einen großen Durchmesser aufweist und gleichmäßige säulenförmige Kristalle umfaßt, wobei ein solches Material niemals durch ein herkömmliches unidirektionales Verfestigungsverfahren hergestellt worden ist.

Die zuvor erwähnte Lösung, die ein Edelmetall enthält, umfaßt nicht nur eine wäßrige Lösung, die ein Edelmetallsalz enthält, sondern auch ein Salzgemisch in einem geschmolzenen Zustand, in das ein Edelmetallsalz inkorporiert ist.

Insbesondere ist ein Targetmaterial, das säulenförmige Kristalle umfaßt, wobei das Material aus dem zuvor erwähnten geschmolzenen Salzgemisch abgeschieden wird, im Hinblick auf Reinheit und Gerichtetheit einer Kristallfläche bevorzugt. Wenn eine Elektrolyse unter Verwendung eines geschmolzenen Salzes ausgeführt wird, wird die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes, welche als Elektrolyt dient, leicht kontrolliert. Zusätzlich kann die Differenz im Abscheidungspotential zwischen einem Edelmetall von Interesse und einer Verunreinigung wirksam eingesetzt werden, um dadurch selektiv ein hochreines Edelmetall abzuscheiden. Weiterhin ermöglicht eine Elektrolyse von geschmolzenem Salz eine direkte Herstellung eines Edelmetall-Targetmaterials, das eine gewünschte Form aufweist, innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer im Vergleich zur Abscheidung eines Edelmetalls aus einer wäßrigen Lösung, die ein Edelmetallsalz enthält, sowie eine Kontrolle der Mikrostruktur eines abgeschiedenen Materials durch eine geeignete Modifizierung von Elektrolysebedingungen. Folglich kann ein Sputtertargetmaterial, in dem eine säulenförmige Mikrostruktur gewachsen ist, hergestellt werden.

Beispiele von Edelmetallen, die im Sputtetargetmaterial der vorliegenden Erfindung verwendet werden, umfassen Iridium, Ruthenium, Platin, Gold, Palladium, Rhodium, Osmium und Rhenium. Von diesen haben Platin, Ruthenium und Iridium eine ziemlich schlechte physikalische Verarbeitbarkeit im Vergleich mit Gold, welches ebenfalls in den Edelmetallen eingeschlossen ist. In der Praxis können diese drei Metalle keinen Verfahren, wie etwa Walzen und Schmieden unterzogen werden. Wenn folglich ein aus diesen drei Metallen gebildetes Targetmaterial durch ein von Gießen und Pulvermetallurgie verschiedenes Verfahren hergestellt werden soll, ist das Verfahren deutlich beschränkt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer kristallographischen Mikrostruktur eines Sputtertargetmaterials, das eine säulenförmige kristallographische Mikrostruktur aufweist.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer kristallographischen Mikrostruktur eines Sputtertargetmaterials, das durch Gießen hergestellt ist.

Fig. 3 ist eine schematische Strukturdarstellung einer Schmelzsalzelektrolysevorrichtung. Fig. 4 zeigt die Mikrostruktur von Körnern, wie unter einem optischen Mikroskop beobachtet, wobei ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer kristallographischen Mikrostruktur des Rutheniumsputtertargetmaterials der vorliegenden Mikrostruktur des Rutheniumsputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung gezeigt wird. Fig. 5 zeigt die Mikrostruktur von Körnern, wie unter einem optischen Mikroskop beobachtet, wobei ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer kristallographischen Mikrostruktur des Indiumsputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung gezeigt wird.

Fig. 6 zeigt die visuell beobachtete Mikrostruktur von Körnern an einer Oberfläche des Rutheniumsputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung nach Abschluß eines Sputterns. Fig. 7 zeigt die visuell beobachtete Mikrostruktur von Körnern an einer Oberfläche eines Rutheniumsputtertargetmaterials, das durch Gießen hergestellt ist.

Fig. 8(a) zeigt die kristallographische Mikrostruktur an einer Oberfläche des Rutheniumsputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung nach Abschluß eines Sputterns, wie durch SEM beobachtet. Fig. 8(b) zeigt das Oberflächenrauhigkeitsprofil der Sputteroberfläche nach Abschluß eines Sputterns. Fig. 9(a) zeigt die kristallographische Mikrostruktur an einer Oberfläche eines Rutheniumsputtertargetmaterials, das durch Gießen hergestellt worden ist, nach Abschluß eines Sputterns, wie durch SEM beobachtet. Fig. 9(b) zeigt das Oberflächenrauhigkeitsprofil der Sputteroberfläche nach Abschluß eines Sputterns.

Ausführungsform 1

Das Edelmetall-Sputtertarget der vorliegenden Erfindung wird genauer beschrieben. Zunächst wurde in einer Ausführungsform ein Edelmetall-Targetmaterial durch Elektrolyse einer wäßrigen Lösung, welche Platin enthielt, hergestellt.

Die Platin enthaltende Lösung, welche als Elektrolysebad diente, hatte die folgende Zusammensetzung.

Tabelle 1

Eine Kupferscheibe (Durchmesser: 130 mm) wurde als Kathode zum Abscheiden von Platin verwendet. Vor einer Elektrolyse wurde die Kathode elektrolytisch entfettet, mit einer Säure aktiviert und mit Platin durch Vorgalvanisieren platiert. Anschließend wurde die Kathode in die obige wäßrige Lösung eingetaucht, um eine Elektrolyse auszuführen.

Eine Elektroabscheidung des geschmolzenen Salzes wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Badtemperatur von 95°C, Kathodenstromdichte von 3 A/dm² und eine Abscheidungszeit von 125 h, wodurch eine Platinabscheidung erhalten wurde, die eine Dicke von 3 mm aufwies. Das Substrat der abgeschiedenen Platin-Kathode; d. h. die Kupferplatte, wurde aufgelöst, um dadurch scheibenförmige Platinplatten zu erhalten, die als Platinsputtertargetmaterialien dienten. Die kristallographische Mikrostruktur der Platinsputtertargetmaterialien wurde durch eine Röntgenbeugung analysiert. Die Ergebnisse zeigen, daß die integrale Intensität der (200)-Fläche deutlich größer ist als die einer anderen willkürlichen Kristallfläche und das Verhältnis der integralen Intensität der (200)-Fläche zu der einer anderen willkürlichen Kristallfläche ist für das Platinsputtertargetmaterial größer als für eine Platinpulverprobe. Somit wurde bewiesen, daß das Targetmaterial der Ausführungsform eine Mikrostruktur aufweist, die stark in der (200)- Fläche orientiert ist.

Ausführungsform 2

Ein weiteres Targetmaterial wurde aus einem geschmolzenem Salzgemisch hergestellt, das als Lösung diente, die ein mittels einer Elektrolysevorrichtung 1 abzuscheidendes Edelmetall enthielt.

Wie in Fig. 3 gezeigt umfaßt die Elektrolysevorrichtung 1 ein hohles zylindrisches Gefäß 2, das oben eine Öffnung aufweist; einen Flansch 3, der einen Einlaß zum Einführen einer Elektrode aufweist und als Deckel für das zylindrische Gefäß dient; einen aus Graphit hergestellten Elektrolysebehälter 4; eine evakuierbare Kammer 5 zum Einbringen oder Entfernen eines platierten Materials; und Rotationsmittel 6 zum Rotieren eines Platierungssubstrats.

In der in Fig. 3 gezeigten Elektrolysevorrichtung 1 wurden Rutheniumplatten 7 als Anoden 7 verwendet, die an der Seite des aus Graphit hergestellten Elektrolysebehälters 4 angeordnet waren. Diese Rutheniumplatten waren derart angeordnet, daß sie Kontakt mit einem Bodenabschnitt des Elektrolysebehälters 4 beibehielten. Ein elektrischer Strom wurde über den Elektrolysebehälter 4 mittels eines stabförmigen Graphits 8 als Kathode zugeführt, um dadurch eine Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes durchzuführen. Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzgemisches für ein Rutheniumtargetmaterial ist in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Eine Elektroabscheidung des geschmolzenen Salzes wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Badtemperatur von 520°C, Kathodenstromdichte von 2 A/dm² und eine Abscheidungszeit von 150 h, um dadurch ein elektrolytisch abgeschiedenes Ruthenium mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Die Abscheidung wurde mit einer Säure, wie etwa Salzsäure oder Schwefelsäure gewaschen und von der Graphitelektrode entfernt, um dadurch scheibenförmige Rutheniumplatten zu erhalten, die als Rutheniumsputtertargetmaterialien dienten.

Schließlich wurde bewirkt, daß jedes erhaltene Rutheniumsputtermaterial an eine Kupferplatte anhaftete, die eine Dicke von 3 mm aufwies, um dadurch ein Rutheniumsputtertarget herzustellen. Die kristallographische Mikrostruktur des Rutheniumtargetmaterials wurde unter einem 100- fachen metallographischen Mikroskop beobachtet. Wie in Fig. 4 gezeigt, wurde eine säulenförmige kristallographische Mikrostruktur identifiziert. Die Rutheniumsputtertargetmaterialien wurden durch Röntgenbeugung analysiert. Die Ergebnisse zeigen, daß die integrale Intensität der (122)- Fläche deutlich größer als die einer anderen willkürlichen Kristallfläche ist und daß das Verhältnis von integraler Intensität der (122)-Fläche zu der einer anderen willkürlichen Kristallfläche für das Rutheniumsputtertargetmaterial größer als für eine Rutheniumpulverprobe ist. Somit wurde bewiesen, daß das Targetmaterial der vorliegenden Ausführungsform eine derartige Mikrostruktur aufweist, daß Kristalle stark in der (122)-Fläche orientiert sind. Die Gegenwart von internen Defekten wurde durch Röntgenstrahlradiographie untersucht und es wurden keine internen Defekte detektiert.

Ausführungsform 3

In Ausführungsform 3 wurde, während Elektrolysebedingungen verändert wurden, ein Rutheniumtargetmaterial unter Verwendung des geschmolzenen Salzgemisches mit einer in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung, wie es in Ausführungsform 2 verwendet wurde und der in Fig. 3 gezeigten Elektrolysevorrichtung hergestellt. Somit wird, da der wesentliche Rahmen dieser Ausführungsform der gleiche wie der in Ausführungsform 1 ist, eine Wiederholung der Beschreibung in Bezug auf das Herstellungsverfahren weggelassen und nur die Bedingungen, die von den in Ausführungsform 1 eingesetzten abweichen, werden beschrieben.

Eine Elektroabscheidung des geschmolzenen Salzes wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Badtemperatur von 560°C, Kathodenstromdichte von 3 A/dm² und eine Abscheidungszeit von 100 h, um dadurch einen elektrolytisch abgeschiedenen Rutheniumfilm mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten.

Die kristallographische Mikrostruktur des Rutheniumsputtertargetmaterials wurde durch eine Röntgenstrahlbeugung analysiert. Es wurde festgestellt, daß das Rutheniumtargetmaterial gemäß Ausführungsform 3 die gleiche Tendenz wie in Ausführungsform 1 beobachtet hinsichtlich der (001)-Fläche zeigt und eine starke Orientierung in der (001)-Fläche wurde bestätigt. Die Gegenwart von internen Defekten wurde durch Röntgenstrahlradiographie untersucht und es wurden keinen internen Defekte detektiert.

Unter Verwendung des Rutheniumtargets, welches in den zuvor erwähnten Ausführungsformen 2 und 3 hergestellt worden war, wurde Sputtern praktisch ausgeführt. Ein Sputtern wurde in einer Dachsputterweise ausgeführt und das Rutheniumtarget wurde überhalb eines Substrats angeordnet, um einen dünnen Film zu bilden. Der Test wurde wiederholt (N = 100) und es wurde kein Fall beobachtet, in dem Kristallkörper per se entfernt wurden und abfielen, um das Leistungsverhalten des dünnen Films zu beeinflussen.

Ausführungsform 4

In Ausführungsform 4 wurde ein Iridiumtargetmaterial unter Verwendung der gleichen Schmelzsalzelektrolysevorrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, wie in den Ausführungsformen 1 und 2 verwendet, hergestellt. In Ausführungsform 4 wurde ein geschmolzenes Salzgemisch mit einer wie in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzung verwendet.

Tabelle 3

Eine Elektroabscheidung des geschmolzenen Salzes wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Badtemperatur von 520°C, Kathodenstromdichte von 2 A/dm² und Abscheidungszeit von 150 h, um dadurch einen elektrolytisch abgeschiedenen Iridiumfilm mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Das elektroabgeschiedene Iridium wurde mit einer Säure, wie etwa Salzsäure oder Schwefelsäure gewaschen und von der Graphitelektrode entfernt, um dadurch scheibenförmige Iridiumplatten zu erhalten, die als Iridiumsputtertargetmaterialien dienten.

Schließlich wurde bewirkt, daß jedes erhaltene Iridiumsputtertargetmaterial an eine Kupferplatte mit einer Dicke von 3 mm anhaftete, um dadurch ein Iridumsputtertarget herzustellen. Die kristallographische Mikrostruktur des Iridiumtargetmaterials wurde unter einem 100-fachen optischen metallographischen Mikroskop beobachtet. Wie in Fig. 5 gezeigt, wurde eine säulenförmige kristallographische Mikrostruktur identifiziert. Die kristallographische Mikrostruktur der Iridiumsputtertargetmaterialien wurde durch Röntgenstrahlbeugung analysiert. Die Ergebnisse zeigen, daß die gleiche Tendenz, wie in Ausführungsform 1 beobachtet, hinsichtlich der (220)-Fläche identifiziert wurde und es wurde eine starke Orientierung in der (220)-Fläche bestätigt. Die Gegenwart von internen Defekten wurde durch Röntgenstrahlradiographie untersucht und es wurden keine internen Defekte detektiert.

Anschließend wurde ein Sputtern mit Verwendung des Iridiumtargets ausgeführt. Ein Sputtern wurde in einer Dachsputterweise ausgeführt und das Iridiumtarget wurde überhalb eines Substrats angeordnet, um einen dünnen Film zu bilden. Der Test wurde wiederholt (N = 100) und es wurde kein Fall beobachtet, in dem Kristallkörper per se entfernt wurden und abfielen, um das Leistungsverhalten des dünnen Films zu beeinflussen.

Weiterhin wurde zum Vergleich mit dem Sputtertargetmaterial der vorliegenden Erfindung ein Sputtern unter Verwendung eines Rutheniumsputtertargetmaterials ausgeführt, das durch Gießen hergestellt wurde, wobei die Eigenschaften mit denen des Sputtertargets der vorliegenden Erfindung verglichen wurden. Ein Sputtern wurde in einer Dachsputterweise ausgeführt und das Rutheniumtarget wurde überhalb eines Substrats angeordnet, um einen dünnen Film zu bilden. Der Test wurde wiederholt (N = 100) und es wurden zwei Fälle beobachtet, in denen Kristallkörner per se entfernt wurden und abfielen, um möglicherweise das Leistungsverhalten des dünnen Films zu beeinflussen. Auch wenn die von den zwei Proben erlittene Beschädigung nicht kritisch war, wurde eine Veränderung in ihrem elektrischen Widerstand identifiziert.

Selbst wenn jedoch die Abweichung auf dem wie oben beschriebenen Niveau ist, kann sie eine kritische Abnahme in der Produktionsausbeute und eine geringere Zuverlässigkeit der Produktqualität in der Halbleiterindustrie bewirken, wo eine Qualitätskontrolle so fein wie auf einem ppb (Teile pro Milliarde)-Level ist.

Nach Abschluß eines Sputterns unter Verwendung von Argon als Sputtergas wurden die Sputteroberflächen des Rutheniumtargetmaterials von Ausführungsform 1 und des Targetmaterials, das durch das zuvor erwähnte Gießverfahren hergestellt wurde, beobachtet. Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich, wie man selbst aus einer visuellen Betrachtung sehen kann, war das in Fig. 6 gezeigte Rutheniumtargetmaterial, das durch Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes hergestellt wurde, gleichmäßiger korrodiert und hatte eine niedrigere Oberflächenrauhigkeit als die des in Fig. 7 gezeigten Rutheniumtargetmaterials, das durch Gießen hergestellt wurde.

Weiterhin ist eine Betrachtung der Oberflächen durch SEM in den Fig. 8(a) und 9(a) gezeigt und die mittels eines Oberflächenrauhigkeitsmeters erhaltenen Oberflächenrauhigkeitsprofile sind in den Fig. 8(b) und 9(b) gezeigt. Wie auch qualitativ ersichtlich ist, hat das Rutheniumtargetmaterial, wie in Fig. 8 gezeigt, eine gleichmäßige Sputteroberfläche mit verringerter Unebenheit im Vergleich zu dem Rutheniumtargetmaterial, wie in Fig. 9 gezeigt. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, umfaßt das Sputtertargetmaterial, das durch Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes hergestellt wurde, säulenförmige Kristallkörner und spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Realisierung einer konstanten Betriebsweise.

Das Edelmetall-Sputtertargetmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine säulenförmige kristallographische Mikrostruktur auf, in der eine Kristallorientierung an der Oberfläche des Materials fast gleichmäßig ist. Deshalb wird ein Abbrechen von Kristallkörnern von dem Sputtermaterial der vorliegenden Erfindung während eines Sputterschritts verhindert, wodurch wirksam dünne Filme von hervorragender Qualität hergestellt werden. Eine Verwendung des Sputtertargetmaterials der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine erhöhte Produktionsausbeute und Zuverlässigkeit der Produktqualität in der Halbleiterindustrie.

Claims (7)

1. Edelmetall-Sputtertargetmaterial, welches eine säulenförmige Kristalle enthaltende kristallographische Mikrostruktur aufweist, die aus einer ein Edelmetallsalz enthaltenden Lösung elektroabgeschieden ist, worin Kristalle in einer zur Sputteroberfläche senkrechten Richtung gewachsen sind.

2. Sputtertargetmaterial nach Anspruch 1, worin die ein Edelmetallsalz enthaltende Lösung ein mit einem Edelmetall vermischtes geschmolzenes Salz ist.

3. Sputtertargetmaterial nach 1 oder 2, worin das Edelmetall Platin, Ruthenium oder Iridium ist.

4. Sputtertargetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin das Edelmetall Platin ist und das Verhältnis der integralen Intensität einer (200)-Fläche zu der einer anderen willkürlichen Kristallfläche, wie durch Röntgenstrahlbeugung bestimmt, größer ist als das entsprechende Verhältnis, wie es für eine Platinpulverprobe gemessen wird.

5. Sputtertargetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin das Edelmetall Ruthenium ist und das Verhältnis der integralen Intensität einer (112)- Fläche zu der einer anderen willkürlichen Kristallfläche, wie durch Röntgenstrahlbeugung bestimmt, größer ist als das entsprechende Verhältnis, wie es für eine Rutheniumpulverprobe gemessen wird.

6. Sputtetargetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin das Edelmetall Ruthenium ist und das Verhältnis der integralen Intensität einer (001)- Fläche zu der einer anderen willkürlichen Kristallfläche, wie durch Röntgenstrahlbeugung bestimmt, größer ist als das entsprechende Verhältnis, wie es für eine Rutheniumpulverprobe gemessen wird.

7. Sputtertargetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin das Edelmetall Iridum ist und das Verhältnis der integralen Intensität einer (220)- Fläche zu der einer anderen willkürlichen Kristallfläche, wie durch Röntgenstrahlbeugung bestimmt, größer ist als das entsprechende Verhältnis, wie es für eine Iridiumpulverprobe gemessen wird.